Joule

unité dérivée du SI de quantification d'énergie

Joule
Informations
Système Unités dérivées du Système international
Unité de… Énergie
Symbole J
Éponyme James Prescott Joule
Dimensions M·L 2·T −2
Conversions
1 J en... est égal à...
  Unités SI de base   1 kg m2 s−2
  CGS   1 × 107 erg
  Kilowatts-heures   2,78 × 10−7 kW h
  calories   0,239 cal
  BTU   9,48 × 10−4 BTU
  Électrons-volts   6,24 × 1018 eV

Le joule (de symbole J) est une unité dérivée du Système international (SI) pour quantifier l'énergie, le travail et la quantité de chaleur. Le joule étant une très petite quantité d'énergie par rapport à celles mises en jeu dans certains domaines, on utilise plutôt les kilojoules (kJ) ou les calories en nutrition et dans les tableaux de valeur nutritive, et le kilowatt-heure pour mesurer l'énergie électrique ou thermique.

L'unité doit son nom au physicien anglais James Prescott Joule qui a énoncé au XIXe siècle la relation existant entre le courant traversant une résistance et la chaleur dissipée par celle-ci, appelée depuis la loi de Joule.

Définition modifier

On définit cette Unité dérivée du Système international comme étant le travail d'une force motrice d'un newton[1] dont le point d'application se déplace d'un mètre dans la direction de la force :

J = 1 N m = 1 kg m2 s−2

L'expression du joule en unités de base du Système international est donc le kilogramme mètre carré par seconde au carré[1]. Il est facile de retrouver ce résultat à partir de la formule de l'énergie cinétique E = ½ m v2, E étant exprimé en joules (J), m en kilogrammes (kg) et v en mètres par seconde (m⋅s−1).

Bien que le joule soit homogène au newton mètre, cette dernière appellation est réservée au moment d'une force afin que l'unité rende compte de la façon dont cette grandeur est définie[2].

Équivalences modifier

Un kilojoule vaut 238,85 calories, et une calorie dite « IT » vaut 18043 joule soit 4,186 8 joules[3],[4].

Un watt-heure vaut 3 600 joules et un kilowatt-heure vaut 3 600 kilojoules.

Autres définitions usuelles modifier

Le concept d'énergie étant utilisé dans de nombreux domaines scientifiques, un certain nombre de définitions pratiques du joule sont possibles. Par exemple, un joule est le travail fourni par un circuit électrique pour faire circuler un courant électrique d'un ampère à travers une résistance d'un ohm pendant une seconde :

J = 1 Ω A2 s = 1 W s = 1 kg m2 s−2

Un joule est aussi l'énergie fournie par une puissance de 1 watt pendant une seconde.

Conversions modifier

D'autres unités d'énergie sont exprimables en joules :

Un joule vaut exactement :

Un joule est approximativement égal à :

Récapitulatif
1 calorie = 4,185 5 J 1 joule = 0,238 9 calorie
1 thermie = 4,185 5 MJ 1 joule = 2,389 × 10−7 thermie
1 kWh = 3 600 000 J 1 joule = 2,778 × 10−7 kWh
1 Ws = 1 J 1 joule = 1 Ws
1 erg = 10−7 J 1 joule = 107 ergs
Pa m3 = 1 J 1 joule = 1 Pa m3
1 eV = 1,602 177 33 × 10−19 J 1 joule = 6,241 506 363 09 × 1018 eV

Multiples et sous-multiples modifier

On n'utilise en pratique que les multiples et sous-multiples de mille en mille (préfixes milli, micro, nanoetc. pour les sous-multiples, kilo, méga, gigaetc. pour les multiples).

Sous-multiples modifier

  • millijoule : 1 mJ = 10−3 J
  • microjoule : 1 µJ = 10−6 J
  • nanojoule : 1 nJ = 10−9 J

Multiples modifier

  • kilojoule : 1 kJ = 103 J
  • mégajoule : 1 MJ = 106 J
  • gigajoule : 1 GJ = 109 J
  • térajoule : 1 TJ = 1012 J
  • pétajoule : 1 PJ = 1015 J
  • exajoule : 1 EJ = 1018 J

Le térajoule, le pétajoule et l'exajoule sont souvent utilisés dans les brochures relatives aux consommations énergétiques nationales ou mondiales[5] :

  • TJ = 0,277 8 GWh
  • PJ = 0,277 8 TWh[6]
  • EJ = 0,277 8 PWh = 277,8 TWh = 0,947 PBtu (ou quadrillion Btu) = 23,884 Mtep

Dans la vie courante modifier

Dans la vie de tous les jours et approximativement :

  • 1 joule :
    • l'énergie requise pour élever un objet de 100 grammes d'un mètre dans le champ de pesanteur terrestre ;
    • l'énergie nécessaire pour élever la température d'un gramme (un litre) d'air sec d'un degré Celsius.
  • 4,18 joules :
    • l'énergie requise pour élever la température d'un gramme d'eau d'°C.
  • 1 000 joules :
    • la quantité de chaleur dégagée en dix secondes par une personne au repos ;
    • l'énergie nécessaire à un enfant de 30 kg pour grimper 3,33 m
    • l'énergie consommée par une requête Google[7].
  • 1 mégajoule (un million de joules) :
    • 16,7 minutes de chauffage par un radiateur de 1 000 W.

Notes et références modifier

  1. a et b Bureau international des poids et mesures, « Unités SI dérivées cohérentes ayant des noms spéciaux et des symboles particuliers » (consulté le ).
  2. Bureau international des poids et mesures, « Unité ayant des noms spéciaux ». Lire l'avant-dernier paragraphe.
  3. C'est la conversion un watt-heure = 860 cal (exactement) qui a été choisie par le Comité international des poids et mesures dès 1939, et confirmée officiellement en 1948, voir aussi Calorie#Définitions actuelles (Procès-verbaux des séances, 2e série, tome XXI).
  4. Unit Juggler, « Conversion calories en joules », sur unitjuggler.com (consulté le ).
  5. (en) « Unit converter », sur Agence internationale de l'énergie.
  6. (de) Udo Becker (de), Grundwissen Verkehrsökologie [« Connaissances de base en écologie des transports »], Oekom (de), (ISBN 978-3-86581-775-4), p. 317.
  7. (en) Justin Stoltzfus, « The Carbon Footprint of a Web Search: Who's Green? », sur techopedia.com, (consulté le ).

Voir aussi modifier

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Articles connexes modifier